岩土锚固技术浅谈

田媛媛

摘要：目前，对于工程边坡失稳的防治仍然是一项非常艰巨的任务。论文首先简要阐述了国内外关于岩土锚固的现状，说明边坡工程稳定性分析及处治技术研究的意义，分析了岩土锚固技术的作用和原理，介绍了锚固的一些常用方法，并结合实际的需要，对岩土锚固工程施工技术提出几点新看法。

关键词：岩土锚固；锚杆；边坡稳定性分析；施工技术

1引言

据资料记载，锚杆发明于十八世纪中叶，但是直到上世纪末锚杆才得到实际应用[1]。锚杆是使岩土体加固的杆件体系结构，是当代煤矿中巷道支护最基本的组成部分，通过锚杆杆体的纵向拉力作用，将巷道的围岩加固在一起，大大提高岩土体抗拉能力，使围岩自身支护自身。现在锚杆技术不仅仅用于矿山，也同样用于对边坡，隧道，坝体等进行主体加固。

而其中边坡稳定性问题是岩土工程中经常会遇到的问题，边坡的稳定性直接决定着工程修建的可行性和安全性，影响着工程的建设投资和安全运行。

岩土锚固技术是为解决边坡问题而正在迅速发展中的一门工程技术。其被广泛应用于边坡稳定工程、抗浮工程、深基坑工程、隧洞与地下工程、抵抗倾覆的结构工程等[2]。岩土锚固的作用主要有两点：一是利用地层来承受结构物的拉应力，为工程结构建立有效的支承体系；二是对地层施加预应力或加筋，用以加固岩土体不稳定的部位。

2 国内外岩土锚固技术的发展

2.1 应用领域不断拓宽

不仅广泛用于支护矿山巷道和采场，铁路、隧道、地下洞室，还用于坝基加固、基坑支挡、结构抗浮和抗倾，滑坡治理、岩石力学现场试验等，几乎遍及了岩土工程的各个领域，经济效益极为显著。

2.2 锚杆结构和锚固工艺不断更新

缝管锚杆、胀管锚杆、让压锚杆、自钻锚杆、可扩孔锚杆、高压灌浆锚杆和可拆式锚扦等[3]相继出现，改变了锚杆结构和锚固工艺的单一化，提高了锚杆在不同条件下的适应性，也为工程的建设与修复提供了更多的可能。

2.3 锚固机具不断完善

地下工程的锚杆安装技术已基本实现机械化和半机械化，自动化锚杆安装机也投入使用，用于土层锚固的土锚钻机已形成系列化，适应于各种软弱土层。

2.4 锚固工程的设计与施工已进入规范化轨道

继1972年德国首先颁布锚固施工的标准之后，法国.奥地利、瑞士、瑞典、美国、澳大利亚、捷克、南非、香港和国际预应力协会（F1P）等先后制定了锚固设计与施工的标准与建议，其中FIP建议尤其受到国际上的广泛认可[4]。

3 锚固机理

3.1 设计方法

针对不同的工程类型，岩土锚固技术的设计分析理论和方法也存在较大差异。如地下工程的锚固设计主要有三种方法：分析法、经验法、新奥法。岩土边坡的锚固设计方法主要包括三个步骤：①确定潜在滑移体的位置、大小，进行滑动力的识别与计算；②对加固滑移体的锚固力进行计算；③对锚固参数与施工工艺进行优化设计。基坑工程锚固设计程序涉及到四个环节：①非支护条件下边壁稳定性计算；②确定相应的喷、锚、网支护参数；③支护条件下边壁稳定性校核；④根据监控反馈信息进行设计优化。因此，需要根据不同的工程类型，进行科学合理的设计。

3.2 锚固材料

近年来，为了改善锚固材料在不同工作条件下的适应性能并提高其经济性，涌现出很多锚材品种。工程实践中常用的锚杆，主要包括注浆型和机械型预应力锚杆、拉力型和压力型预应力锚杆、荷载分散型锚杆、全长粘结型锚杆、可拆芯式锚杆、树脂卷和快硬水泥卷锚杆、中空注浆锚杆、摩擦型锚杆等。这些锚杆的使用条件不同，例如，以树脂为粘结剂的锚杆和快硬水泥卷锚杆，在矿山及交通隧道中应用较多。

3.3 施工工艺

锚固工程的施工主要包括锚孔钻造、锚盘制作、锚孔灌浆、钢筋制作、混凝上浇灌、锚筋张拉锁定和封锚等关键工作流程[5]。目前，工程中常用的施工工艺主要包括风动潜孔锤空气钻进、金刚石回转钻进、长螺旋钻进、振动冲击法等。

4 存在问题

虽然锚固理论研究工作取得了一定进展，但也存在不少问题：①理论研究滞后于工程应用，且理论计算尚无比较权威的方法，在设计中仍须运用多种方法相互印证；②设计中缺乏对锚固段受力机理的微观分析，以及对整体加固安全度、荷载安全度、材料强度安全度等的分项系数表达；③锚杆加固机理尚缺乏行之有效的计算方法；④理论分析和数值分析与实际情况出入较大，采用等效模型评论锚杆（索）的加固作用，岩体力学参数的选取往往很难准确把握。

在应用方面，主要存在问题：①锚固体存在预应力损失及受力不均匀的问题；②锚固体系的耐久性、安全性检测及评价方法亟待完善；③专门针对锚固体系防腐研究工作开展较少；④地下水对锚杆的影响有待于进一步解决。

5 展望

在理论研究方面，可从以下几方面进行研究：①锚杆荷载传递机理的研究应考虑粘结应力非均匀分布的事实，提出切合实际的单锚承载力的计算方法；②根据半理论半经验的设计原则，提出虑及群锚效应的系统锚杆支护的实用计算方法；③进一步加强锚固机理研究，包括锚杆预应力对岩土体应力重分布及岩土体力学性能的影响，锚固体对岩土体物理力学性质的影响和锚杆与岩土体之间的相互作用；④研究和提出模拟锚杆作用的合理计算模型，以及拉力型、压力型、剪力型锚固体内应力传递规律；⑤研究数值分析中锚杆锚固效应与力学作用的模拟方法；⑥研究复合土钉墙工作机理及设计方法；⑦研究适合于各种锚固体系的理论分析和设计计算方法；⑧研究各类地层中锚杆锚固段粘结应力特性与固定长度有效因子，研究影响锚固效应的主控因素；⑨研究锚杆预应力对岩土体应力重分布及其力学性能的影响；⑩研究地震、冲击、交变荷载、冰冻、高温等特殊条件下锚杆的性能及设计方法。

在工程应用方面，锚固技术的研究改善可从以下方面着手：①高承载力锚杆的研发、生产及应用；②应用于复杂地层的轻型、高效、快速及多功能钻机及测试设备的研发；③开发锚杆新品种和新工艺，加强锚杆及其配套设备的工厂化生产；④加强锚杆长期工作性能与锚固工程的安全評价，研发集成的锚固质量检测仪器和监测设备，加强施工质量控制和工程可靠性检测工作；⑤加强锚杆预应力损失的控制和防腐新技术的研究；⑥开发各种地质条件下喷锚支护设计的专家系统；⑦如何回收锚杆，在回收锚杆的同时，如何加固曾作为锚固段的岩土体。

6 结语

边坡工程的处理与防治主要在于锚固技术的成熟性与运用性，本文着重对岩土锚固措施进行了初步的探讨，指出了常用边坡工程处治中的锚固适用性以及重要性。然而随着工程建设规模不断的增大，边坡高度的不断增高，复杂性不断增大，对边坡处治技术的要求也越来越高。由此可以预见，随着社会和科学技术的发展，锚固技术作为边坡处治技术中最重要的一项技术，将得到进一步的发展，并逐步趋于完善。

参考文献：

[1] 张家启等.建筑结构检测坚定与加固设计[M].北京：中国建筑工业出版社，2011.48-87.

[2] 徐祯祥.岩土锚固工程技术发展之回顾与展望[J].市政工程，2009，27（2）：136-140.

[3] 刘永阔.新型锚杆及岩土锚固技术[J].西部探矿工程，2006，（6）：8-10.

[4] 韩军等.影响岩土锚固工程安全性的几个关键问题[J].岩石力学与工程学报，2006，25（2）：3874-3877.

[5] 程良奎等.岩土锚固工程的长期性能与安全评价[J].岩石力学与工程学报，2008，27（5）：865-872.